JP5166855B2 - インクジェット記録用水系インク - Google Patents
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Description
特に印字物の耐候性や耐水性の観点から、着色剤に顔料系インクを用いるものが主流となってきている(例えば、特許文献1〜4参照)。
特許文献2には、着色剤、ポリアミド樹脂(皮膜形成性樹脂)、ロジンエステル等の粘着付与剤樹脂、有機溶剤を含有するインクが開示されている。このインクは非水系であり、また着色剤を樹脂で包含する形態のものではない。
特許文献3には、顔料を水不溶性ポリマーで包含して水に分散可能にした分散体、ロジン等を含む樹脂微粒子、保湿剤、浸透剤を含む水性インクが開示されている。この顔料を包含するポリマーはアクリル系のランダム共重合ポリマーであり、その中にはロジン等は含まれていない。
特許文献4には、自己分散型表面処理顔料、樹脂微粒子、保湿剤、浸透剤を含み、樹脂微粒子の構成成分に天然樹脂及び/又は天然樹脂誘導体が含まれる水性インクが開示されている。しかし、特許文献4には、着色剤を含有するポリマー粒子についての記載はない。
上記の非水系又は水系インクは物性がある程度改善されているが、印字濃度と吐出性が不十分である。
すなわち、本発明は次の(1)及び(2)を提供する。
(1)着色剤とロジン及び/又はテルペンとを含む粒子(A)と顔料(B)とを含む、インクジェット記録用水分散体。
(2)前記(1)の水分散体を含有するインクジェット記録用水系インク。
なお、着色剤とロジン及び/又はテルペンとを含む粒子(A)を、「着色剤含有粒子(A)」ともいい、着色剤とロジン及び/又はテルペンとを含むポリマー粒子(A)を、「着色剤含有ポリマー混合粒子(A)」ともいう。
ここで、「着色剤とロジン及び/又はテルペンとを含む粒子」とは、着色剤とロジン及び/又はテルペンとからなる粒子を意味し、粒子は更にそれ以外の成分を含んでいてもよい。また、「着色剤とロジン及び/又はテルペンとを含むポリマー粒子」とは、着色剤とロジン及び/又はテルペンとが、ポリマーに含有されてなる粒子を意味する。
以下、本発明に用いる各成分について説明する。
本発明で用いられる着色剤含有粒子(A)又は着色剤含有ポリマー混合粒子(A)の着色剤としては特に制限はない。例えば、顔料、疎水性染料、水溶性染料(酸性染料、反応染料、直接染料等)等を用いることができるが、耐水性、分散安定性及び耐擦過性の観点から、顔料及び疎水性染料が好ましい。中でも、近年要求が強い高耐候性を発現させるためには、顔料を用いることが好ましい。
顔料及び疎水性染料は、水系インクに使用する場合には、界面活性剤、ポリマーを用いて、インク中で安定な微粒子にする必要がある。特に、耐滲み性、耐水性等の観点から、ポリマーの粒子中に顔料及び/又は疎水性染料を含有させることが好ましい。
顔料は、無機顔料及び有機顔料のいずれであってもよい。また、必要に応じて、それらと体質顔料を併用することもできる。
無機顔料としては、例えば、カーボンブラック、金属酸化物、金属硫化物、金属塩化物等が挙げられる。これらの中では、特に黒色水系インクにおいては、カーボンブラックが好ましい。カーボンブラックとしては、ファーネスブラック、サーマルランプブラック、アセチレンブラック、チャンネルブラック等が挙げられる。
有機顔料としては、例えば、アゾ顔料、ジアゾ顔料、フタロシアニン顔料、キナクリドン顔料、イソインドリノン顔料、ジオキサジン顔料、ペリレン顔料、ペリノン顔料、チオインジゴ顔料、アントラキノン顔料、キノフタロン顔料等が挙げられる。
有機顔料の好適例としては、C.I.ピグメント・イエロー、C.I.ピグメント・レッド、C.I.ピグメント・バイオレット、C.I.ピグメント・ブルー、及びC.I.ピグメント・グリーンからなる群から選ばれる1種以上の各品番製品が挙げられ、またそれら固溶体も挙げられる。例えば、マゼンタ顔料の固溶体としてはC.I.ピグメント・バイオレットとC.I.ピグメント・レッドの固溶体が好ましく、更にC.I.ピグメント・バイオレット19とC.I.ピグメント・レッド202の固溶体が好ましい。
体質顔料としては、シリカ、炭酸カルシウム、タルク等が挙げられる。
疎水性染料としては、油溶性染料、分散染料等が挙げられ、これらの中では油溶性染料が好ましい。油溶性染料としては、例えば、C.I.ソルベント・ブラック、C.I.ソルベント・イエロー、C.I.ソルベント・レッド、C.I.ソルベント・バイオレット、C.I.ソルベント・ブルー、C.I.ソルベント・グリーン、及びC.I.ソルベント・オレンジからなる群から選ばれる1種以上の各品番製品が挙げられ、オリエント化学株式会社、BASF社等から市販されている。
上記の着色剤は、単独で又は2種以上を任意の割合で混合して用いることができる。
本発明で用いられる顔料(B)には特に制限はなく、上記の無機顔料、有機顔料及び体質顔料を用いることができる。顔料の中でも、印字濃度の観点から、自己分散型顔料が好ましい。
自己分散型顔料とは、親水性官能基(アニオン性親水基又はカチオン性親水基)の1種以上を直接又は他の原子団を介して顔料の表面に結合することで、界面活性剤や樹脂を用いることなく水系媒体に分散可能である顔料を意味する。ここで、他の原子団としては、炭素原子数1〜24、好ましくは炭素原子数1〜12のアルカンジイル基、置換基を有してもよいフェニレン基又は置換基を有してもよいナフチレン基が挙げられる。なお、親水性官能基は、本発明の目的を阻害しない限り複数存在していてもよく、それらは同一でも異なっていてもよい。
アニオン性親水基としては、顔料粒子を水系媒体に安定に分散しうる程度に十分に親水性が高いものであれば、任意のものを用いることができる。その具体例としては、カルボキシ基(−COOM1)、スルホン酸基(−SO3M1)、リン酸基(−PO3M1 2)、−SO2NH2、−SO2NHCOR1、又はそれらの解離したイオン形(−COO-、−SO3 -、−PO3 2-、−PO3 -M1)等の酸性基が挙げられる。
上記化学式中、M1は、同一でも異なってもよく、水素原子;リチウム、ナトリウム、カリウム等のアルカリ金属;アンモニウム;モノメチルアンモニウム基、ジメチルアンモニウム基、トリメチルアンモニウム基;モノエチルアンモニウム基、ジエチルアンモニウム基、トリエチルアンモニウム基;モノメタノールアンモニウム基、ジメタノールアンモニウム基、トリメタノールアンモニウム基等の有機アンモニウムである。
R1は、炭素数1〜12のアルキル基、置換基を有していてもよいフェニル基又は置換基を有してもよいナフチル基である。
一方、カチオン性親水基としては、アンモニウム基、アミノ基等が挙げられる。これらの中でも第4級アンモニウム基が好ましい。
これらの親水性官能基の中では、インク中の他の配合物との混合性の観点からアニオン性親水基が好ましく、吐出性を向上させる観点から、特にカルボキシ基(−COOM1)、スルホン酸基(−SO3M1)が好ましい。
アニオン性親水基の量は、NaOHやKOH等の強アルカリと反応した量として測定することができ、例えば、京都電子工業株式会社製、電位差自動滴定装置、AT−610を用いて測定することができる。また、カチオン性親水基の量は、アニオン性親水性官能基とは逆に、過剰量の0.01N−HClを添加した後、0.01N−NaOHで同様に中和することで求めることができる。
水分散体及び水系インク中、自己分散型顔料の平均粒子径は、該分散体及び水系インクの安定性の観点から、50〜300nmが好ましく、60〜200nmがより好ましい。なお、平均粒子径の測定は、実施例記載の方法による。
アニオン性自己分散型顔料(カーボンブラック)の市販品としては、CAB−O−JET 200、同300(キャボット社製)やBONJET CW−1、同CW−2(オリヱント化学工業株式会社製)、東海カーボン株式会社のAqua−Black 162(カルボキシル基として約800μmol/g)等が挙げられる。
上記の顔料(B)は、単独で又は2種以上を混合して用いることができる。
ロジンは、水系インクが記録媒体の厚み方向に浸透することを抑制し、着色剤含有粒子(A)又は着色剤含有ポリマー混合粒子(A)を記録媒体の表層に留めることで、印字濃度が向上すると考えられる。更に、着色剤含有ポリマー混合粒子(A)がロジンを含むことで、ポリマーの着色剤への固着性が向上し、水系インクの粘度を低減させることにより、吐出性が向上すると考えられる。
本発明で用いられるロジンは、(1)天然ロジン、(2)変性ロジン、(3)重合ロジ
ンを含む。
(1)天然ロジンとは、マツ科植物から採取される樹脂酸の混合物であり、生産方法によりガムロジン、ウッドロジン、トール油ロジン等に分けることができる。該樹脂酸の主成分は、3つの環構造、共役2重結合、カルボキシ基を有するアビエチン酸であり、更にネオアビエチン酸、デヒドロアビエチン酸、パラストリン酸、ピマール酸、イソピマール酸、サンダラコピマール酸、レボピマール酸等が含まれる。これらの樹脂酸成分の各含有割合は、生産方法により異なる。
(2)変性ロジンとしては、ロジンの水素化物である、ジヒドロアビエチン酸、テトラヒドロアビエチン酸等の水素化ロジン;ロジンの不均化物である、デヒドロアビエチン酸、ジヒドロアビエチン酸等の不均化ロジン;マレオピマール酸等のマレイン酸変性ロジン、フマロピマール酸等のフマル酸変性ロジン、アクリロピマール酸等のアクリル酸変性ロジン等の酸変性ロジン;グリセリン、ペンタエリスリトール等の多価アルコールと天然ロジンとのエステル化物である天然ロジンエステル、該多価アルコールと水素化ロジン、不均化ロジン又は酸変性ロジン等の変性ロジンとのエステル化物である変性ロジンエステル、あるいは該多価アルコールと重合ロジン(特に重合天然ロジン)とのエステル化物である重合ロジンエステル等のロジンエステルが挙げられる。
ロジンエステルは、架橋剤により架橋した架橋ロジンエステルであってもよい。架橋剤はイソシアネート基を分子中に2個有し、ロジンエステルの水酸基とイソシアネート基とがウレタン結合するものが好ましい。架橋ロジンエステルとしては、架橋変性ロジンエステル、架橋重合ロジンエステルが好ましい。
(3)重合ロジンとしては、前記天然ロジン(特にアビエチン酸)、又は前記変性ロジンの2量化物、3量化物が挙げられる。
特に印字濃度の観点から、ロジンは下記物性(i)〜(v)を有するものが好ましい。(i)JISK−5902−1969(ロジン)による軟化点:300〜600K、好ましくは350〜500K、より好ましくは400〜500K
(ii)重量平均分子量(Mw):500〜20,000、好ましくは1,000〜18,000、より好ましくは1,500〜15,000
なお、重量平均分子量は、Shodex社製のゲルクロマトグラフ装置「System−21」(充填剤:スチレンジビニルベンゼン共重合体、カラム流量1.0ml/min、温度:40℃)、溶離液としてテトラヒドロフラン、標準物質としてポリスチレンを用いて測定することができる。
(iii)数平均分子量(Mn):500〜2,000、好ましくは800〜1,800
(iv)酸価:1〜30mgKOH/g、好ましくは1〜20mgKOH/g、より好ましくは1〜18mgKOH/g
(v)水酸基価:1〜50mgKOH/g、好ましくは1〜30mgKOH/g、より好ましくは1〜10mgKOH/g
なお、酸価及び水酸基価はロジンの構造から算出することができる。また、適当な溶剤(例えばメチルエチルケトン)に溶解して、滴定する方法でも求めることができる。
上記のロジンは、単独で又は2種以上を混合して用いることができる。
テルペンは、ロジンと同様に、水系インクが記録媒体の厚み方向に浸透することを抑制し、着色剤含有粒子(A)又は着色剤含有ポリマー混合粒子(A)を記録媒体の表層に留めることで、印字濃度が向上すると考えられる。更に、着色剤含有ポリマー混合粒子(A)がテルペンを含むことで、ポリマーの着色剤への固着性が向上し、水系インクの粘度を低減させることにより、吐出性が向上すると考えられる。
本発明で用いられるテルペンとしては、以下の(1)〜(4)等が挙げられる。
(1)テルペン重合体であるテルペン樹脂;例えば、ヤスハラケミカル株式会社製の商品名:YSレジンPX1250、YSレジンPX1150、YSレジンPX1000。
(2)テルペンフェノール共重合体のテルペンフェノール樹脂;例えば、ヤスハラケミカル株式会社製の商品名:YSポリスターU、YSポリスターT、YSポリスターS。
(3)芳香族変性テルペン重合体の変性テルペン樹脂;例えば、ヤスハラケミカル株式会社製の商品名:YSレジンTO125、YSレジンTO115、YSレジンTO105、YSレジンTR105。
(4)水添テルペン樹脂;例えば、ヤスハラケミカル株式会社製の商品名:クリアロンP125、クリアロンP115、クリアロンP105、クリアロンM115、クリアロンM105、クリアロンK110、100、4100。
上記のテルペンは、単独で又は2種以上を混合して用いることができる。
着色剤含有ポリマー混合粒子(A)に用いられるポリマーとしては、ポリエステル、ポリウレタン、ビニル系ポリマー等が挙げられるが、その保存安定性の観点から、ビニル単量体(ビニル化合物、ビニリデン化合物、ビニレン化合物)の付加重合により得られるビニル系ポリマーが好ましい。
ビニル系ポリマーとしては、ロジン及び/又はテルペンとの親和性の観点から、ポリマーを105℃で2時間乾燥させた後、25℃の水100gに溶解させたときに、その溶解量が好ましくは10g以下、より好ましくは5g以下、更に好ましくは1g以下である水不溶性ビニル系ポリマーが好ましい。溶解量は、ポリマーが塩生成基の種類に応じて、ポリマーの塩生成基を酢酸又は水酸化ナトリウムで100%中和した時の溶解量である。
ビニル系ポリマーとしては、(a)塩生成基含有モノマー(以下「(a)成分」ともいう)と、(b)マクロマー(以下「(b)成分」ともいう)及び/又は(c)疎水性モノマー(以下「(c)成分」ともいう)とを含むモノマー混合物(以下「モノマー混合物」ともいう)を共重合させてなるグラフトポリマーが、着色剤の記録媒体への浸透を抑制し、印字濃度を向上させ、また着色剤との相互作用を高めて分散安定性を向上させる観点から好ましい。このポリマーは、(a)成分由来の構成単位と、(b)成分由来の構成単位及び/又は(c)成分由来の構成単位を有する。より好適なビニル系ポリマーは、(a)成分由来の構成単位、又は(a)成分由来の構成単位及び(c)成分由来の構成単位を主鎖に有し、(b)成分由来の構成単位を側鎖に有するグラフトポリマーである。
(a)塩生成基含有モノマーは、得られる水分散体の分散安定性を高める観点から用いられる。塩生成基としては、カルボキシ基、スルホン酸基、リン酸基、アミノ基、アンモニウム基等が挙げられるが、特にカルボキシ基が好ましい。
塩生成基含有モノマーとしては、特開平9−286939号公報段落〔0022〕等に記載されているカチオン性モノマー、アニオン性モノマー等が挙げられる。
カチオン性モノマーの代表例としては、不飽和アミン含有モノマー、不飽和アンモニウム塩含有モノマー等が挙げられる。これらの中では、N,N−ジメチルアミノエチル(メタ)アクリレート、N−(N',N'−ジメチルアミノプロピル)(メタ)アクリルアミド及びビニルピロリドンが好ましい。
アニオン性モノマーの代表例としては、不飽和カルボン酸モノマー、不飽和スルホン酸モノマー、不飽和リン酸モノマー等が挙げられる。
不飽和カルボン酸モノマーとしては、アクリル酸、メタクリル酸、クロトン酸、イタコン酸、マレイン酸、フマル酸、シトラコン酸、2−メタクリロイルオキシメチルコハク酸等が挙げられる。不飽和スルホン酸モノマーとしては、スチレンスルホン酸、2−アクリルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸、3−スルホプロピル(メタ)アクリレート、ビス−(3−スルホプロピル)−イタコン酸エステル等が挙げられる。不飽和リン酸モノマーとしては、ビニルホスホン酸、ビニルホスフェート、ビス(メタクリロキシエチル)ホスフェート、ジフェニル−2−アクリロイロキシエチルホスフェート、ジフェニル−2−メタクリロイロキシエチルホスフェート、ジブチル−2−アクリロイロキシエチルホスフェート等が挙げられる。
上記アニオン性モノマーの中では、分散安定性、吐出安定性の観点から、不飽和カルボン酸モノマーが好ましく、アクリル酸及びメタクリル酸がより好ましい。
(b)マクロマーは、着色剤含有ポリマー混合粒子(A)の分散安定性を高める観点から用いられる。マクロマーとしては、数平均分子量500〜100,000、好ましくは1,000〜10,000の重合可能な不飽和基を有するモノマーであるマクロマーが挙げられる。なお、(b)マクロマーの数平均分子量は、溶媒として1mmol/Lのドデシルジメチルアミンを含有するクロロホルムを用いたゲルクロマトグラフィー法により、標準物質としてポリスチレンを用いて測定される。
(b)マクロマーの中では、着色剤含有ポリマー混合粒子の分散安定性等の観点から、片末端に重合性官能基を有する、スチレン系マクロマー及び芳香族基含有(メタ)アクリレート系マクロマーが好ましい。
スチレン系マクロマーとしては、スチレン系モノマー単独重合体、又はスチレン系モノマーと他のモノマーとの共重合体が挙げられる。スチレン系モノマーとしては、スチレン、2−メチルスチレン、ビニルトルエン、エチルビニルベンゼン、ビニルナフタレン、クロロスチレン等が挙げられる。
また、それらのマクロマーの片末端に存在する重合性官能基としては、アクリロイルオキシ基又はメタクリロイルオキシ基が好ましく、共重合される他のモノマーとしては、アクリロニトリル等が好ましい。
スチレン系マクロマー中におけるスチレン系モノマー、又は芳香族基含有(メタ)アクリレート系マクロマー中における芳香族基含有(メタ)アクリレートの含有量は、顔料との親和性を高める観点から、好ましくは50重量%以上、より好ましくは70重量%以上である。
CH2=C(CH3)−COOC3H6−〔Si(CH3)2O〕t−Si(CH3)3 (1)
(式中、tは8〜40の数を示す。)。
(b)成分として商業的に入手しうるスチレン系マクロマーとしては、例えば、東亜合成株式会社の商品名、AS−6(S)、AN−6(S)、HS−6(S)等が挙げられる。
(c)疎水性モノマーは、印字濃度の向上の観点から用いられる。疎水性モノマーとしては、アルキル(メタ)アクリレート、芳香族基含有モノマー等が挙げられる。
アルキル(メタ)アクリレートとしては、炭素数1〜22、好ましくは炭素数6〜18のアルキル基を有するものが好ましく、例えば、メチル(メタ)アクリレート、エチル(メタ)アクリレート、(イソ)プロピル(メタ)アクリレート、(イソ又はターシャリー)ブチル(メタ)アクリレート、(イソ)アミル(メタ)アクリレート、シクロヘキシル(メタ)アクリレート、2−エチルヘキシル(メタ)アクリレート、(イソ)オクチル(メタ)アクリレート、(イソ)デシル(メタ)アクリレート、(イソ)ドデシル(メタ)アクリレート、(イソ)ステアリル(メタ)アクリレート等が挙げられる。
なお、本明細書において、「(イソ又はターシャリー)」及び「(イソ)」は、これらの基が存在する場合としない場合の双方を意味し、これらの基が存在しない場合には、ノルマルを示す。また、「(メタ)アクリレート」は、アクリレート、メタクリレート又はそれらの両方を示す。
(c)成分の中では、印字濃度向上の観点から、スチレン系モノマー(c−1成分)が好ましく、スチレン系モノマー(c−1成分)としては特にスチレン及び2−メチルスチレンが好ましい。(c)成分中の(c−1)成分の含有量は、印字濃度向上の観点から、好ましくは10〜100重量%、より好ましくは20〜80重量%である。
また、芳香族基含有(メタ)アクリレート(c−2)成分としては、ベンジル(メタ)アクリレート、フェノキシエチル(メタ)アクリレート等が好ましい。(c)成分中の(c−2)成分の含有量は、印字濃度及び光沢性の向上の観点から、好ましくは10〜100重量%、より好ましくは20〜80重量%である。
また、(c−1)成分と(c−2)成分を併用することも好ましい。
モノマー混合物には、更に、(d)水酸基含有モノマー(以下「(d)成分」ともいう)が含有されていてもよい。(d)水酸基含有モノマーは、分散安定性を更に高めるために用いられる。
(d)成分としては、例えば、2−ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、3−ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート、ポリエチレングリコール(n=2〜30、nはオキシアルキレン基の平均付加モル数を示す。以下同じ。)(メタ)アクリレート、ポリプロピレングリコール(n=2〜30)(メタ)アクリレート、ポリ(エチレングリコール(n=1〜15)・プロピレングリコール(n=1〜15))(メタ)アクリレート等が挙げられる。これらの中では、2−ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、ポリエチレングリコールモノメタクリレート、ポリプロピレングリコールメタクリレートが好ましい。
CH2=C(R1)COO(R2O)qR3 (2)
(式中、R1は、水素原子又は炭素数1〜5の低級アルキル基、R2は、ヘテロ原子を有していてもよい炭素数1〜30の2価の炭化水素基、R3は、ヘテロ原子を有していてもよい炭素数1〜30の1価の炭化水素基、qは、平均付加モル数を意味し、1〜60の数、好ましくは1〜30の数を示す。)
(e)成分は、吐出性を更に向上させるために用いられる。
式(2)において、ヘテロ原子としては、例えば、窒素原子、酸素原子、ハロゲン原子及び硫黄原子が挙げられる。
R1の好適例としては、メチル基、エチル基、(イソ)プロピル基等が挙げられる。
R2O基の好適例としては、オキシエチレン基、オキシトリメチレン基、オキシプロパン−1,2−ジイル基、オキシテトラメチレン基、オキシヘプタメチレン基、オキシヘキサメチレン基及びこれらの2種以上の組合せからなる炭素数2〜7のオキシアルカンジイル基(オキシアルキレン基)が挙げられる。
R3の好適例としては、炭素数1〜30、好ましくは炭素数1〜20の脂肪族アルキル基、芳香族環を有する炭素数7〜30のアルキル基及びヘテロ環を有する炭素数4〜30のアルキル基が挙げられる。
上記(a)〜(e)成分は、それぞれ単独で又は2種以上を混合して用いることができる。
ビニル系ポリマーの製造時における、上記(a)〜(e)成分のモノマー混合物中における含有量(未中和量としての含有量。以下同じ)又は該ポリマー中における(a)〜(e)成分に由来する構成単位の含有量は、次のとおりである。
(a)成分の含有量は、得られる分散体の分散安定性の観点から、好ましくは2〜40重量%、より好ましくは2〜30重量%、特に好ましくは3〜20重量%である。
(b)成分の含有量は、特に着色剤との相互作用を高める観点から、好ましくは1〜25重量%、より好ましくは5〜20重量%である。
(c)成分の含有量は、印字濃度向上の観点から、好ましくは5〜98重量%、より好ましくは10〜60重量%である。
(d)成分の含有量は、得られる分散体の分散安定性の観点から、好ましくは5〜40重量%、より好ましくは7〜20重量%である。
(e)成分の含有量は、吐出性向上の観点から、好ましくは5〜50重量%、より好ましくは10〜40重量%である。
モノマー混合物中における〔(a)成分+(d)成分〕の合計含有量は、得られる分散体の分散安定性の観点から、好ましくは6〜60重量%、より好ましくは10〜50重量%である。〔(a)成分+(e)成分〕の合計含有量は、得られる分散体の分散安定性及び吐出性の観点から、好ましくは6〜75重量%、より好ましくは13〜50重量%である。また、〔(a)成分+(d)成分+(e)成分〕の合計含有量は、得られる分散体の分散安定性及び吐出性の観点から、好ましくは6〜60重量%、より好ましくは7〜50重量%である。
また、〔(a)成分/[(b)成分+(c)成分]〕の重量比は、得られる分散体の分散安定性及び印字濃度の観点から、好ましくは0.01〜1、より好ましくは0.02〜0.67、更に好ましくは0.03〜0.50である。
ポリマーは、塊状重合法、溶液重合法、懸濁重合法、乳化重合法等の公知の重合法により、モノマー混合物を共重合させることによって製造される。これらの重合法の中では、溶液重合法が好ましい。
溶液重合法で用いる溶媒としては、特に限定されないが、極性有機溶媒が好ましい。極性有機溶媒が水混和性を有する場合には、水と混合して用いることもできる。極性有機溶媒としては、例えば、メタノール、エタノール、プロパノール等の炭素数1〜3の脂肪族アルコール;アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン等のケトン類;酢酸エチル等のエステル類等が挙げられる。これらの中では、メタノール、エタノール、アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン又はこれらの1種以上と水との混合溶媒が好ましい。
重合の際には、2,2’−アゾビスイソブチロニトリル、2,2’−アゾビス(2,4−ジメチルバレロニトリル)等のアゾ化合物や、t−ブチルペルオキシオクトエート、ジベンゾイルオキシド等の有機過酸化物等の公知のラジカル重合開始剤を用いることができる。ラジカル重合開始剤の量は、モノマー混合物1モルあたり、好ましくは0.001〜5モル、より好ましくは0.01〜2モルである。
重合の際には、さらに、オクチルメルカプタン、2−メルカプトエタノール等のメルカプタン類、チウラムジスルフィド類等の公知の重合連鎖移動剤を添加してもよい。
モノマー混合物の重合条件は、使用するラジカル重合開始剤、モノマー、溶媒の種類等によって異なるので一概には決定することができない。通常、重合温度は、好ましくは30〜100℃、より好ましくは50〜80℃であり、重合時間は、好ましくは1〜20時間である。また、重合雰囲気は、窒素ガス雰囲気、アルゴン等の不活性ガス雰囲気であることが好ましい。
重合反応の終了後、反応溶液から再沈澱、溶媒留去等の公知の方法により、生成したポリマーを単離することができる。また、得られたポリマーは、再沈澱を繰り返したり、膜分離、クロマトグラフ法、抽出法等により、未反応のモノマー等を除去して精製することができる。
本発明で用いられるポリマーは、(a)塩生成基含有モノマー由来の塩生成基を有している場合は中和剤により中和して用いる。中和剤としては、ポリマー中の塩生成基の種類に応じて、酸又は塩基を使用することができる。例えば、塩酸、酢酸、プロピオン酸、リン酸、硫酸、乳酸、コハク酸、グリコール酸、グルコン酸、グリセリン酸等の酸、水酸化リチウム、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、アンモニア、メチルアミン、ジメチルアミン、トリメチルアミン、エチルアミン、ジエチルアミン、トリエチルアミン、トリエタノールアミン、トリブチルアミン等の塩基が挙げられる。
ここで中和度は、塩生成基がアニオン性基である場合は下記式(3)によって、塩生成基がカチオン性基である場合は下記式(4)によって求めることができる。
{[中和剤の重量(g)/中和剤の当量]/[ポリマーの酸価(KOHmg/g)×ポリマーの重量(g)/(56×1000)]}×100 (3)
{[中和剤の重量(g)/中和剤の当量]/[ポリマーのアミン価(HCLmg/g)×ポリマーの重量(g)/(36.5×1000)]}×100 (4)
酸価やアミン価は、ポリマーの構成単位から算出することができる。また、適当な溶剤(例えばメチルエチルケトン)にポリマーを溶解して、滴定する方法でも求めることができる。ポリマーの酸価又はアミン価は、50〜200が好ましく、50〜150がより好ましい。
着色剤含有ポリマー混合粒子(A)と顔料(B)とを含む水分散体の製造方法は特に限定されないが、下記工程I〜IIIを有する方法によれば効率的に製造することができる。
工程I:ロジン及び/又はテルペン、ポリマー、着色剤、有機溶媒、及び水を含有する混合物を分散処理して、着色剤含有ポリマー混合粒子(A)の分散体を得る工程
工程II:工程Iで得られた分散体から有機溶媒を除去する工程
工程III:工程IIで得られた水分散体と顔料(B)とを混合する工程
工程Iで混合される、〔ロジンとテルペンとの合計量/ポリマー量〕の重量比は、好ましくは0.02〜10、より好ましくは0.05〜5、更に好ましくは0.1〜3、特に好ましくは0.1〜1である。
有機溶媒としては、エタノール、イソプロパノール、イソブタノール等のアルコール系溶媒、アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、ジエチルケトン等のケトン系溶媒及びジブチルエーテル、テトラヒドロフラン、ジオキサン等のエーテル系溶媒が挙げられる。好ましくは、水に対する溶解度が20℃で10〜50重量%のものであり、特に、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトンが好ましい。ロジン及び/又はテルペンを溶解する観点から、用いるロジン及び/又はテルペンを20g/L(25℃)以上溶解する有機溶媒であることが好ましい。
混合物を予備分散させる際には、アンカー翼等の一般に用いられている混合撹拌装置を用いることができる。混合撹拌装置の中では、ウルトラディスパー〔浅田鉄鋼株式会社、商品名〕、エバラマイルダー〔株式会社荏原製作所、商品名〕、TKホモミクサー〔プライミクス株式会社、商品名〕等の高速攪拌混合装置が好ましい。
本分散の剪断応力を与える手段としては、例えば、ロールミル、ビーズミル、ニーダー、エクストルーダ等の混練機、高圧ホモゲナイザー〔株式会社イズミフードマシナリ、商品名〕、ミニラボ8.3H型〔Rannie社、商品名〕に代表されるホモバルブ式の高圧ホモジナイザー、マイクロフルイダイザー〔Microfluidics 社、商品名〕、ナノマイザー〔ナノマイザー株式会社、商品名〕等のチャンバー式の高圧ホモジナイザー等が挙げられる。これらの中では、顔料を用いる場合に、顔料の小粒子径化の観点から、高圧ホモジナイザーが好ましい。これらの装置は複数を組み合わせることもできる。
工程IIIでは、工程IIで得られた着色剤含有ポリマー混合粒子(A)の水分散体と、顔料(B)とを混合することで本発明の水分散体が得られる。顔料(B)が前記の自己分散型顔料である場合は単に混合すればよく、通常の顔料である場合は、界面活性剤等で予め顔料を分散させたものと混合すればよい。着色剤含有ポリマー混合粒子(A)に対する顔料(B)の重量比〔顔料(B)/着色剤含有ポリマー混合粒子(A)〕は、印字濃度と吐出性の観点から、1/20〜1/1が好ましく、1/15〜1/2がより好ましい。〔顔料(B)/着色剤〕の重量比は、印字濃度の観点から、1/20〜1/1が好ましく、1/10〜1/2がより好ましい。
なお、着色剤含有粒子(A)と顔料(B)とを含む水分散体の製造方法は、上記において、ポリマーを用いないこと以外は、同様にして製造することができる。着色剤含有粒子(A)に対する顔料(B)の重量比〔顔料(B)/着色剤含有粒子(A)〕は、印字濃度と吐出性の観点から、1/20〜1/1が好ましく、1/15〜1/2がより好ましい。〔顔料(B)/着色剤〕の重量比は、前記と同じ範囲が好ましい。
着色剤含有ポリマー混合粒子(A)中、着色剤と、ロジン及び/又はテルペンとポリマーとの合計重量比[(ロジン+テルペン+ポリマー)/着色剤]は、着色剤含有ポリマー混合粒子(A)の分散安定性の観点から、5/95〜90/10であることが好ましく、10/90〜75/25であることがより好ましく、15/85〜50/50が更に好ましい。
着色剤含有ポリマー混合粒子(A)中、着色剤と(ロジン及び/又はテルペン)との重量比[(ロジン+テルペン)/着色剤]は、1/40〜1/1が好ましく、1/30〜1/3がより好ましく、着色剤とポリマーとの重量比[ポリマー/着色剤]は、1/20〜2/1が好ましく、1/10〜1/1がより好ましい。
着色剤含有粒子(A)中、着色剤と、ロジン及び/又はテルペンとの合計重量比[(ロジン+テルペン)/着色剤]は、着色剤含有粒子(A)の分散安定性の観点から、5/95〜90/10であることが好ましく、3/97〜50/50であることがより好ましく、5/95〜20/80が更に好ましい。
本発明のインクジェット記録用水系インクは、本発明の水分散体を含有し、必要により、湿潤剤、分散剤、消泡剤、防黴剤、キレート剤等の添加剤を添加することができる。これらの添加剤の混合方法に特に制限はない。
インクジェット記録用水分散体中における、各成分の含有量は、吐出性及び印字濃度の向上の観点から次のとおりである。
着色剤含有粒子(A)又は着色剤含有ポリマー混合粒子(A)の含有量は、3〜30重量%が好ましく、5〜20重量%がより好ましい。着色剤の含有量は、2〜25重量%が好ましく、3〜20重量%がより好ましい。ロジン及び/又はテルペンの含有量(純分換算)は、0.1〜10重量%が好ましく、0.1〜8重量%がより好ましく、ポリマーの含有量(固形分量)は、0.5〜20重量%が好ましくは、0.5〜15重量%がより好ましい。顔料(B)の含有量は、2〜25重量%が好ましく、3〜20重量%がより好ましい。
水の含有量は、好ましくは20〜80重量%、より好ましくは30〜80重量%である。
着色剤含有粒子(A)又は着色剤含有ポリマー混合粒子(A)の含有量は、3〜30重量%が好ましく、4〜20重量%がより好ましい。着色剤の含有量は、0.5〜20重量%が好ましく、1〜15重量%がより好ましい。ロジン及び/又はテルペンの含有量(純分換算)は、0.05〜10重量%が好ましく、0.1〜5重量%がより好ましく、ポリマーの含有量(固形分量)は、0.5〜20重量%が好ましく、1〜10重量%がより好ましい。顔料(B)の含有量は、0.5〜20重量%が好ましく、1.0〜10重量%がより好ましい。
水分散体中、及び水系インク中、〔顔料(B)/着色剤含有ポリマー混合粒子(A)〕の重量比、〔顔料(B)/着色剤含有粒子(A)〕の重量比、及び〔顔料(B)/着色剤〕の重量比は、前述のとおりである。
水の含有量は、好ましくは30〜90重量%、より好ましくは40〜80重量%である。
水分散体及び水系インクにおける着色剤含有ポリマー混合粒子(A)の平均粒径は、吐出性及び分散安定性の観点から、好ましくは40〜400nm、より好ましくは50〜300nm、特に好ましくは60〜200nmである。なお、平均粒子径の測定は、実施例記載の方法で行う。
水分散体の固形分20重量%における粘度(20℃)は、水系インクとした時に良好な粘度とするために、2〜6mPa・sが好ましく、2〜5mPa・sがより好ましい。また、水系インクの粘度(20℃)は、良好な吐出性を維持するために、2〜12mPa・sが好ましく、2.5〜10mPa・sがより好ましい。なお、水分散体及び水系インクの粘度の測定は、実施例記載の方法で行う。
本発明の水分散体及び水系インクの好ましい表面張力(20℃)は、水分散体としては、好ましくは30〜70mN/m、より好ましくは35〜68mN/mであり、水系インクとしては、好ましくは25〜50mN/m、より好ましくは25〜45mN/mである。また、水系インクのpHは4〜10が好ましい。
本発明の水系インクを適用するインクジェットの方式は制限されないが、特にピエゾ方式のインクジェットプリンターに好適である。
(1)ポリマーの重量平均分子量
溶媒として60ミリモル/Lのリン酸及び50ミリモル/Lのリチウムブロマイドを溶解したN,N−ジメチルホルムアミドを用いたゲルクロマトグラフィー法により、標準物質としてポリスチレンを用いて測定した。
(2)インク粘度の測定
E型粘度計により、標準ローター(1°34’×R24)を用いて、測定温度20℃、測定時間1分、回転数100rpmの条件で測定した。
(3)着色剤含有粒子(A)又は着色剤含有ポリマー混合粒子(A)の平均粒径の測定
大塚電子株式会社のレーザー粒子解析システムELS−8000(キュムラント解析)を用いて測定した。測定条件は、温度25℃、入射光と検出器との角度90°、積算回数100回であり、分散溶媒の屈折率として水の屈折率(1.333)を入力する。測定濃度は、通常5×10-3重量%程度で行った。
反応容器内に、メチルエチルケトン10部、重合連鎖移動剤(2−メルカプトエタノール)0.02部、及び表1に示す各モノマー(重量部表示)の各20%ずつを入れて混合し、窒素ガス置換を十分に行い、混合溶液を得た。
一方、滴下ロート中に、表1に示す各モノマー(重量部表示)のうちの残りの80%ずつを仕込み、次いで前記の重合連鎖移動剤0.08部、メチルエチルケトン80部及び重合開始剤〔2,2’−アゾビス(2,4−ジメチルバレロニトリル)〕0.5部を入れて混合し、十分に窒素ガス置換を行い、混合溶液を得た。
窒素雰囲気下、反応容器内の混合溶液を攪拌しながら75℃まで昇温し、滴下ロート中の混合溶液を3時間かけて徐々に反応容器内に滴下した。滴下終了後、その混合溶液の液温を75℃で2時間維持した後、前記の重合開始剤0.6部をメチルエチルケトン10部に溶解した溶液を該混合溶液に加え、更に75℃で1時間を3回繰返した後、85℃で2時間熟成させ、水不溶性ポリマー溶液を得た。
得られた水不溶性ポリマー溶液の一部を、減圧下、105℃で2時間乾燥させ、溶媒を除去することによって水不溶性ポリマーを単離し、その重量平均分子量を前記の方法により測定した。結果を表1に示す。
なお、表1に示すモノマーの詳細は、以下のとおりである。
・スチレンマクロマー:東亜合成株式会社製、商品名:AS−6S、数平均分子量:6000、重合性官能基:メタクロイルオキシ基
・ポリプロピレングリコールモノメタクリレート(プロピレンオキシド平均付加モル数=9):日本油脂株式会社製、商品名:ブレンマーPP−500
(1)カーボンブラックとロジンとポリマーとを含有する水分散体の製造
製造例1で得られたポリマー溶液を減圧乾燥させて得られたポリマー59部とロジン「DS822」〔重合(2量化)ロジンペンタエリスリトールエステル、Mn:974、Mw:4201、水酸基価29、酸価11.5、ハリマ化成株式会社製〕21.4部(50%メチルエチルケトン溶液、純分換算値10.7部)を、メチルエチルケトン71.5部に溶かし、その中にイオン交換水209.7部と中和剤(5N−水酸化ナトリウム水溶液)を酸価に対して78%加えた混合物で塩生成基を中和し、更にカーボンブラック(M−880)(キャボット社製、商品名:Monarch880)150部を加え、ディスパーを用いて分散した。得られた混合物をマイクロフルイダイザー(Microfluidics社製、商品名)を用いて180MPaの圧力で15パス分散処理した。得られた分散体から、エバポレーターを用いて減圧下で60℃でメチルエチルケトンを除去し、カーボンブラックとロジン樹脂と水不溶性ポリマーとを含有する水分散体(固形分量20%)を得た。得られたカーボンブラックとロジン樹脂と水不溶性ポリマーとからなる粒子の平均粒径は112 nmであった。
前記(1)で得られた水分散体49.8部、自己分散型カーボンブラック水分散体(オリヱント化学工業株式会社製、商品名:CW−2、有効分20%)6.0部、グリセリン10部、2−{2−(2−ブトキシエトキシ)エトキシ}エタノール5部、ヘキサンジオール2部、サーフィノール465(日信化学工業株式会社製)0.5部及びイオン交換水26.7部を混合し、得られた混合液を1.2μmのメンブランフィルター〔Sartorius社製、商品名:Minisart〕で濾過し、水系インクを得た。
実施例1(1)で用いたロジン「DS822」に代えて、ロジン「KSU005」〔重合(2量化)ロジンペンタエリスリトールエステルのイソシアネート基を有する架橋剤による架橋体、Mn:1314、Mw:13611、水酸基価11.5、酸価13.2、ハリマ化成株式会社製〕(50%メチルイソブチルケトン(MIBK)溶液)を用いた以外は、実施例1と同様に行った。
実施例3
実施例1(1)で用いたロジン「DS822」に代えて、ロジン「KSU007」(Mn:1720、Mw:166600、水酸基価:26.8、酸価:7.9、ハリマ化成株式会社製)を用いた以外は、実施例1と同様に行った。
実施例4
実施例1(1)で用いたロジン「DS822」に代えて、テルペン「クリアロンK110」(Mw:700、ガラス転移点54.0、ハリマ化成株式会社製)を用いた以外は、実施例1と同様に行った。
実施例1において、ロジン及び自己分散型カーボンブラックを用いずに、得られた着色剤含有ポリマー粒子の水分散体(20%)を55.7部とし、イオン交換水を20.8部とした以外は、実施例1と同様にして、水系インクを得た。
比較例2
実施例1(1)で得られた水分散体を用いずに、自己分散型カーボンブラックを40部(純分8部)とし、イオン交換水42.5部とした以外は、実施例1と同様にして、水系インクを得た。
比較例3
実施例1(1)においてロジンを用いずに、その分ポリマーを用いた以外は、実施例1と同様にして水系インクを得た。
(1)吐出性
市販のセイコーエプソン株式会社製のインクジェットプリンター(品番:EM−930C、ピエゾ方式)を用いて、普通紙「4024」に2000文字/枚を100枚連続印刷した後、文字、ベタ画像及び罫線を含むテスト文書を印字し、(i)シャープでハッキリとした文字、(ii)均一なベタ画像、及び(iii)ヨレのない罫線の3項目を評価し、以下の判断基準により評価した。
〔判断基準〕
○:3項目をいずれも満足する(実使用に適している)
△:3項目をいずれもほぼ満足する(実使用上問題なし)
×:1項目以上満足しない(実使用上問題あり)
(2)印字濃度
前記プリンターを用い、前記(1)と同じ普通紙「4024」(富士ゼロックス株式会社製)に、ベタ画像を印字し、1日放置後、光学濃度計「SpectroEye」(グレタグマクベス社製)を用いて任意の10箇所を測定し、平均値を求めた。
表2中の(高画質モード/早いモード)は印刷モードを示し、それぞれのモードにおける印字濃度を示す。なお、高画質モードは、4パス重ね印刷であり、早いモードは、1パス印刷である。
Claims (8)
- 着色剤とロジン及び/又はテルペンとを含む粒子(A)と顔料(B)とを含有し、該粒子(A)中、着色剤と、ロジン及び/又はテルペンとの重量比[(ロジン+テルペン)/着色剤]は、3/97〜7/93である、インクジェット記録用水分散体。
- ロジンが、重合ロジンエステル又は架橋重合ロジンエステルである、請求項1に記載のインクジェット記録用水分散体。
- ロジンの酸価が1〜30mgKOH/gである、請求項1又は2に記載のインクジェット記録用水分散体。
- 顔料(B)が自己分散型顔料である、請求項1〜3のいずれかに記載のインクジェット記録用水分散体。
- 〔顔料(B)/前記粒子(A)〕の重量比が1/20〜1/1である、請求項1〜4のいずれかに記載のインクジェット記録用水分散体。
- 前記粒子(A)が、着色剤とロジン及び/又はテルペンとを含むポリマー粒子であって、〔ロジンとテルペンとの合計量/ポリマー量〕の重量比が0.02〜10である、請求項1〜5のいずれかに記載のインクジェット記録用水分散体。
- ポリマーが、塩生成基含有モノマー(a)由来の構成単位及び疎水性モノマー(c)由来の構成単位を主鎖に有し、マクロマー(b)由来の構成単位を側鎖に有するグラフトポリマーである、請求項6に記載のインクジェット記録用水分散体。
- 請求項1〜7のいずれかに記載の水分散体を含有する、インクジェット記録用水系インク。
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